第三章 01燃油与燃烧

第三章燃油喷射与燃烧概述

喷射系统:

是为柴油机缸内混合气的形成与燃烧提供所需的燃料。其对柴油机的燃烧进而对动力性、经济性、可靠性、排放性和起动性产生影响。

燃烧的过程：喷射、雾化、蒸发、混合、着火、燃烧。

柴油机对燃烧的要求：及时、完全、平稳和空气利用率高。

影响燃烧的因素：混合气形成的质量：燃油的品质、喷射质量、缸内空气的数量和运动状态及压缩温度应最佳匹配。第一节燃油最适合于柴油机适用的是以脂肪烃为主的各种烃的混合物一燃油的理化性能指标影响燃烧性能的指标：十六烷值、柴油指数、馏程、热值和粘度；

影响燃烧产物的指标：硫分、灰分、沥青分、残炭值、钒和钠含量等；影响管理工作的指标：闪点、密度、凝点、倾点、浊点、水分和机械杂质、粘度等。十六烷值十六烷值——评定自然性能的指标

将测试柴油的自然性同正十六烷（十六烷值为100）与α-甲基荼（十六烷值为零）的混合液相比较，当两者相同时，混合液中正十六烷的体积百分数。

十六烷值过高——发火过快而高温分解成游离炭，排气冒黑烟，经济性下降。

十六烷值过低——燃烧粗暴，起动困难。十六烷值应适当。馏程

在某一温度下燃油所能挥发的百分数，它表明了燃油的蒸发性，也表明了燃油轻重馏分的组成。黏度或粘度粘度——评定燃油流动性的指标。表示流体的内摩擦，即燃油流动时分子间的摩擦阻力的大小。

ISO规定，以50℃时的运动粘度（mm2/s）作为燃油的粘度值。粘度会影响：雾化、净化、润滑的质量。粘度随压力的增大、温度的降低而增大。热值一千克燃油完全燃烧所放出的热量叫燃油的热值或者发热值轻油的比重油的稍高。燃点燃油受热到达某一温度时，表面蒸汽和空气的混合气引火后产生火焰燃烧并保持5s不熄灭的温度称为燃点，又叫着火点。自然点自然点是在没有其他火源的作用下，燃料自行燃烧时的最低温度。硫分硫分——燃油中含硫的质量百分数。危害：腐蚀；低温腐蚀；加速结炭，并不宜清除；排放污染。对燃油的中硫分必须限制。灰分灰分——规定条件下燃油完全燃烧剩余物的质量百分数。危害：磨料磨损和高温腐蚀沥青分燃油中沥青的百分数危害：冒黑烟和结碳闪点

油品在规定的条件下，他的蒸汽与周围的空气形成的混合气，当接近火焰发出闪火是的最低温度一般所用的燃料闪点不低于60-65℃钒、钠含量钒、钠含量——燃油中含钒、钠的质量浓度（ppm）。危害：高温腐蚀避免高温腐蚀排气阀的表面温度控制在550℃以下密度燃油单位体积的重量一般说来密度越大黏度越大浊点、倾点、凝点浊点：在低温下燃料开始形成结晶、失去透明性的温度倾点：表示燃油尚能保持流动性的温度凝点：燃油开始失去流动性的温度倾点高于凝点2.7℃左右，浊点高于凝点8.5℃左右。机械杂质和水分危害：磨损、阻塞；腐蚀，阻燃柴油机使用的燃油一、国产燃油的规格和选用1、轻柴油：按凝点不同分10号、5号、0号、－10号、－20号、－35号、－50号。救生艇一般选用－10号柴油。2、船用燃油第五节喷油设备一、燃油系统的组成和要求燃油喷射系统的类型燃油喷射系统的组成对喷油设备的要求燃油喷射系统的类型（1）急压和定压喷射系统。急压又称直接作用式或者柱塞式系统（广泛应用）。定压喷射系统又称蓄压式或者共管式。（2）有调喷射和无调喷射系统。根据喷油定时的调节分类。（3）喷油器控制和喷油泵控制式喷射系统。（4）阀控式和柱塞控制式（广泛应用）。燃油喷射系统的组成柱塞泵式喷射系统高压喷油泵喷油器接喷油泵与喷油器的高压油管组成。泵-喷油器式喷射系统特点：取消了高压油管，把喷油泵和喷油器组合成一体。适用于顶置式凸轮轴的小型高速柴油机。蓄压式喷射系统特点：喷油器的启闭由其他单元控制。电控喷射系统

特点：是一种蓄压式喷射系统。这种喷射系统利用多种电子传感器监测柴油机在各种工况下的运行参数，如转速、压力、温度、油泵状态、针阀升程，流量等。并把这些参数送到微处理机中，与预先已储存的各种参数值及其变化规律进行分析比较，按最佳方案控制执行机构动作。优点：提高所有运转工况的经济性；提高对不同燃油品质的适应能力；改善柴油机的低速运转性能及操纵性能；降低柴油机排气中的有害成分对喷油设备的要求定时：正确的喷油定时定量：精确的供油量定质：良好的雾化质量和喷油规律此外：可驱除系统中的空气可单缸停油定时喷射柴油机在一定的转速和负荷情况下，均有一个最佳的喷油时间。在这一时间喷油能够使得循环的最大燃烧压力在上止点后10°～15°曲轴转角内到达，这时柴油机的经济性最好，并且运转平稳，燃烧噪声较小。喷油提前角的大小应根据机型和转速不同而定。定量喷射喷油系统应保证在柴油机在一定负荷下，精确地供给气缸所需要的燃油量，并随负荷的变化供油量能够进行相应的调节，使柴油机发出的功率与负荷相平衡。当负荷不变时，应能保持各循环之间供油量不变，这样可以使发动机运转平稳。定质喷射燃油喷射系统必须提供足够的供油压力、正确的供油规律、良好的雾化效果、喷束的形状和分布应与燃烧室的形状相适应以使燃油与空气充分混合。喷油压力可以调节。二、回油孔式喷油泵优点：结构简单、紧凑、价格低廉，应用广泛。缺点：柱塞容易磨损（开对称的斜槽解决）作用：产生喷射高压控制供油定时(凸轮安装位置)控制喷油定量(柱塞有效行程)结构特点和工作原理作用：产生喷射高压控制供油定时(凸轮安装位置)控制喷油定量(柱塞有效行程)1、销钉2、柱塞3、套筒4、出油阀座5、油泵本体6、出油管接头7、出油阀弹簧8、出油阀9、定位钉10、调节齿套11、弹簧12导筒13、弹簧下座14、卡簧15、放气螺钉16、进油管接头17、调节齿条18指示片工作过程油量调节方式和头部结构终点调节式-----发动机增压柴油机特点：低负荷工作粗暴始点调节式-----很少使用特点：低负荷经济性差始终点调节式-----变速变负荷柴油机。采用的不多。三、出油阀的作用和结构出油阀的作用蓄压：在柱塞泵油行程中，使喷油泵的供油压力逐渐累进。止回：在柱塞的吸油行程中能有效地防止高压油管中的燃油倒流入泵腔，从而保证柱塞有一定的供油量。减压（卸载）：减压作用又称卸载作用，即利用出油阀的卸载容积有效地控制喷射过程结束后高压油管中的压力波动，防止出现二次喷射和燃油滴漏现象。出油阀的结构等容卸载出油阀(使用最多)柱塞吸油行程——止回作用柱塞压油行程——蓄压作用。有一定得升程，获得较高压力。供油结束——卸载容积避免重复喷射。特点①结构简单，性能稳定；

②缩短燃油喷射过程的滴漏阶段并可避免重复喷射；③由于卸载容积恒定，因而在柴油机工况变化时高压油管中的残余压力相应变化；④在低负荷时可能因过分卸载而造成高压油管的低压，形成穴蚀。

措施：加大卸载容积可以克服重复喷射卸载容积过大会造成：①高压油管中剩余压力降低，使喷射延迟阶段延长；②由于油泵泵到高压油管的燃油首先要充填管中空出的卸载容积，使下一循环循环喷油量减少；

③油管中的回流变急，可能在高压油管中形成负压区导致在高压油管发生穴蚀；④喷油器针阀落座过急，引起针阀座面的剥落或穴蚀。等压卸载出油阀等压卸截的出油阀上无减压坏带，但在其内部设有一个由卸载弹簧控制的锥形卸载阀。减小高压油管中压力波的波动值，不但可避免重复喷射而且可避免穴蚀。等压卸载出油阀在中、高速大功率柴油机中使用较多。无出油阀优点：喷油器关闭迅速；压力下降快，避免重复喷射。缺点：回油扰及进油。措施：在进油空间装有缓冲器。四、回油孔式喷油泵的检查调整密封性的检查与要求供油定时的检查和调节供油量的检查和调节密封性的检查与调整（1）综合检查先在高压油管接头处安装压力表，然后手动泵油，直至达到说明书规定的泵油压力时停止泵油，并按住泵油手柄不动。观察压力表指针，此压力读数若能在说明书规定的时间（一般不小于30s）内保持不降，则认为密封性良好。（2）出油阀检查操作步骤基本同上，区别在于停止泵油时放松泵油手柄。由于泵油手柄松动，柱塞自然下行，这时若压力表读数基本保持不变，则认为出油阀密封性良好。若发现压力下降，则说明出油阀密封不良。（3）取出出油阀的检查取出出油阀重复上述步骤（1）。若压力读数符合说明书的要求，则柱塞-套筒偶件或进（回）油阀密封良好。若压力下降很快，则说明柱塞-套筒偶件漏油或进（回）油阀漏油。供油定时的检查与调整

检查：(1)冒油法:适合于多数机型(2)照光法：仅适合于套筒上进回油孔高度相等的大型终点调节式喷油泵。(3)标记法照光法供油定时的调节(1)转动凸轮法(2)升降柱塞法(3)升(降)套筒法转动凸轮法方法：改变燃油凸轮与凸轮轴之间的相对位置，也就改变了凸轮与曲轴之间的相对位置，达到改变供油提前角的目的。当凸轮转动的方向与凸轮轴正车旋转方向相同时，喷油提前角增大，即提早喷油，反之则延迟喷油。升（降）柱塞法适用：此法多用于中小型机回油孔调节式喷油泵。柱塞上升时使得柱塞上边缘封闭回油孔的时刻提前，从而供油定时提前亦即供油提前角增大，反之柱塞下降，则供油定时滞后喷油提前角减小。升（降）套筒法适用：用于大中型机回油孔调节式喷油泵升降套筒时对供油定时的改变与升降柱塞法正好相反，套筒上升时供油定时滞后，供油提前角减小；反之则提前。三种方法的比较原则：三种供油定时的调节中，均未改变柱塞的有效行程。亦即没有改变供油量，这也是供油定时调节的基本原则。比较转动凸轮法：凸轮的有效工作段、供油规律、供油速率和喷射持续时间不变；升（降）柱塞法和升（降）套筒法凸轮有效工作段发生了变化，因而也改变了供油规律，使供油速率和喷油持续时间均发生变化。供油量的检查与调节检查标定供油量的检查零位检查供油量均匀性检查。标定供油量检查在试验台上将喷油泵油量调节齿条或调节拉杆拉至标定供油量位置，按说明书要求泵油规定的次数（50次或100次或200次），测量所泵油的量值应满足说明书的要求。零位检查

喷油泵停止供油时柱塞所处的位置称为喷油零位。当加油手柄置于停车（零位）位置时，油泵柱塞虽在往复运动，但各缸喷油泵不供油，其柱塞有效行程为零，以保证可靠停车。在燃油手柄放在停车位置时,各缸喷油泵齿条都应处在刻度范围“0～2”内供油量均匀性检查

全负荷油门检查时，将燃油手柄处于标定供油位置，各泵的调油齿条格数应相同，即利用齿条与总油量调节杆连接处的调整螺钉将各缸喷油泵的齿条均调节在同一刻度上，理论上就能保证各缸供油量基本上均匀。供油量的调节小型油泵供油量的调节和供油定时的调节均在油泵试验台上进行。大型油泵只能在实船、实机上进行。大型回油孔油泵（单体泵）各缸供油量的调节在调节杆上进行。改变油量调节杆与油量调节总杆的相对位置。组合泵：在齿圈上调节。六喷油器的结构和工作原理喷油器的分类喷油器的结构特点喷油器的工作原理喷油器的分类开式喷油器：结构简单，没有针阀，有止回阀，有滴油现象，很少使用。闭式喷油器：靠燃油本身的压力开启针阀，广泛应用。又叫液压启阀式喷油器以后主要讨论的都是闭式喷油器按冷却方式分类非冷却式：依靠喷油器本体与缸盖的贴合，并由燃油冷却。适用小型柴油机。冷却式：另设柴油或冷却水冷却.多用于中、低速柴油机。按调节弹簧的位置弹簧上置式弹簧下置式按喷孔的数目分类单孔式（轴针式）自洁、不易堵塞、可靠；油束集中多孔式（针阀式）雾化质量好、与燃烧室配合好单孔式多为轴针式。它只有一个喷孔，位于喷油嘴中央。喷孔直径相对较大，启阀压力较低，因而雾化质量较差，多用于使用分隔式燃烧室的小型高速柴油机上。分类：标准轴针式和节流轴针式。标准轴针式喷油器轴针伸出部分较短，轴针抬起喷油时，燃油从喷孔和轴针的孔隙喷出，油束成中空的锥角形。节流轴针式滞燃期短，燃烧柔和。多孔式多孔式喷油器的喷孔为圆形小孔，分为普通型和长型两种.多孔式喷油器的喷孔数目一般为4～12个，孔径为0.15～1.0mm，即其孔径相对较小，启阀压力较高，与单孔式喷油器比，喷射的燃油油粒细、锥角大、雾化质量较好。喷孔角度应使喷出去的油束形状与燃烧室形状有良好的配合。多孔式喷油器多用于开式和半开式燃烧室的大中型中低速柴油机上。喷油器的结构特点它主要由本体、针阀弹簧、针阀偶件（针阀与针阀套）、锁紧螺母等组成。工作原理从喷油泵来的燃油自管接头进入喷油器，经本体中的长孔和针阀套中的斜孔汇集于针阀偶件所形成的环形腔内。高压燃油作用在针阀的锥面上，克服弹簧的预紧力而将针阀抬起。燃油通过喷油孔喷入燃烧室。当喷油泵停止供油后，针阀处的压力下降，针阀在弹簧的作用下重新关闭，燃油停止喷射。燃油抬起针阀时的最低压力叫做启阀压力。启阀压力由弹簧的预紧力来保证，其数值等于弹簧预紧力与针阀重量之和。由调节螺钉和调节垫圈的厚度来调节。启阀压力升程限制器针阀的升程由本体上的升程限制器来限制。升程太小，则针阀密封锥面处的节流损失增加，压降加大，使雾化不良，所以针阀要有足够的升程，以保证足够的流通截面及尽可能小的流动阻力。但也不能太大，如果太大引起撞击加剧，燃气倒窜。针阀和针阀套

针阀和针阀套是一对精密偶件，必须具有良好的密封性。此外，针阀套上端面与本体下端面之间也是一处重要的密封面，如有油和水的漏泄，则可从喷油器上的通道流出，这样便于直接检查。针阀与针阀套圆柱面之间漏油可从管接头处观察。七喷油器的检查与调整启阀压力的检查与调整密封性检查雾化质量检查启阀压力的检查和调整

一般在20～35MPa。原因：喷油器长期使用后，启阀压力可能因调节螺钉松动、弹簧松弛、折断或卡滞、顶杆与针阀磨损或卡滞等原因而变动，因此必须经常进行检查。方法：检查所用设备是喷油器雾化台。检查时接上试验的喷油器，先排除空气。打开放气阀，泵油至放气阀出油然后关闭，继续泵油开始喷油的压力就是启阀压力。1-喷油器；2-接头；3-高压油管；4-压力表；5-油箱；6-手摇泵；7-摇把密封性检查

针阀与针阀体圆柱面针阀与阀座锥面两处密封性的检查。试验时泵油油压控制在略低于启阀压力，停止泵油后观察油压降落的速度。此速度大于规定范围时说明针阀与针阀体柱面的间隙大，因密封不良而产生漏油，致使压力降低较快。在检查柱面密封性的同时亦可检查锥面的密封性，即在上述操作中停止泵油时，若喷孔处只有轻度潮湿而无燃油滴漏者为密封性良好。雾化质量检查方法：当手动泵油时细心观察喷注的形状、数目、油滴细度和分布情况。注意查看在达到启阀压力之前和喷射之后喷孔处是否有燃油滴漏。整个喷射过程伴有清脆的“吱吱”声。措施：对于雾化质量不佳的喷油器，如确系是因针阀锥面密封不良所致，可用少许研磨剂调和机油仔细涂在锥面处研磨。当喷孔堵塞时，可先用煤油浸泡，然后用略小于喷孔直径的钢丝探针疏通。必要时换新喷油器。八喷油设备的主要故障喷油泵的主要故障喷油器的主要故障喷油嘴的常见故障喷油设备的穴蚀喷油泵的主要故障1）柱塞、套筒偶件故障①柱塞与套筒过度磨损

后果：喷油泵柱塞、套筒的过度磨损使间隙增大、偶件漏油，造成喷油压力下降，供油始点延后，供油量减少，雾化不良，燃烧恶化等。多缸柴油机各缸不均匀的磨损还会使各缸喷油量不均，从而影响柴油机低负荷的稳定性。②柱塞卡紧或咬死

后果：柱塞卡紧或咬死会使喷油泵停止工作，因而导致该缸熄火。原因：造成柱塞卡滞或咬死的原因大多是燃油净化不良、油温过高或温度突变，也可能是安装不正确或间隙过小。（2）阀偶件故障①阀与阀座过度磨损

后果：阀偶件磨损后密封性下降、漏油，导致喷油量减少，喷油压力降低，喷油定时延后，影响雾化和燃烧质量并造成供油量减少。

原因：油泵中各阀与阀座磨损的原因有含杂质燃油的冲刷、油的酸性腐蚀以及阀与阀座的撞击或阀面扭曲变形等。

②阀杆卡紧或咬死后果：阀杆卡紧或咬死，使阀不能正确动作而发生相应的故障。如阀在开启位置，阀杆卡紧或咬死，则进（回）油阀不能关闭而导致喷油泵停止供油，即单缸熄火。原因：润滑不良、受热不均或阀杆及其导套变形的原因。喷油器的主要故障（1）针阀偶件磨损、漏油①锥面磨损

后果：锥面的磨损将引起燃油滴漏，燃油漏入气缸则使燃烧不良。油滴还会附在喷油嘴下端而造成高温结炭。

原因：锥面磨损的主要原因与阀偶件相同，即燃油机械杂质的冲刷、燃油的酸性腐蚀及针阀与阀座的撞击。

②柱面磨损后果：针阀与针阀套柱面的磨损使漏油量增加，引起喷油压力下降和雾化不良。当各缸喷油器针阀柱面磨损不均时，同样导致喷油量不均并影响柴油机低负荷运转的稳定性。原因：柱面磨损的主要原因是油质不佳。③端面漏油后果：针阀套的上、下端面分别与喷油器本体和喷嘴平面配合。如针阀套与喷嘴制成一体，则针阀套只有一个端面。当发生渗漏时，会引起燃烧不良。（2）针阀在针阀套中卡紧或咬死

后果：若针阀因咬死而不能开启，该缸就会因没有喷